Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Управление газодинамикой течений и горением внешним энергетическим воздействием

Автор: Андрей Викторович Тупикин (ИТПМ СО РАН) tupikin@itam.nsc.ru

Импульсно-периодическое энергетическое воздействие на поток, включая реагирующие течения, может быть тепловым (создание локальной области с температурой выше, чем в основном потоке) и силовым (электрическое поле, действующее на заряды внутри пламени). В работе рассмотрены оба случая.

Сфокусированное лазерное излучение может создать пробой среды, и тела, помещенные в его след, имеют меньшее аэродинамическое сопротивление. В экспериментах эффект снижения действующей на такие тела силы достигал 50%. Было рассмотрено влияние лазерного излучения на процессы горения. Впервые с помощью лазерной искры осуществлено воспламенение метано-воздушной смеси, истекающей со сверхзвуковой скоростью. Механизм воздействия лазерного излучения на пламя носит тепловой характер. Стабилизация горения на оптическом пробое происходит так же, как на механическом стабилизаторе. При этом значительно расширяются пределы горения в сторону обеднения смеси и роста скорости потока. При инициировании горения пропано-воздушной смеси сфокусированным излучением СО2-лазера без реализации пробоя задержка воспламенения была меньше, чем при самовоспламенении от нагрева за счет поглощения излучения.

Изучение воздействия электрического поля на пламя проводилось на углеводородных топливах (метан, пропан). Предлагается физическая модель явления для бедных смесей: концентрация носителей заряда в зоне реакций пропорциональна расходу топлива через единицу поверхности пламени, действие электрических сил, ведет к перераспределению в балансе тепломассопереноса, вызывая растяжение либо сжатие фронта горения, тем самым увеличивая или уменьшая локальные скорости распространения пламени и изменяя условия стабилизации. В случае диффузионного горения основную роль играет влияние поля на процессы смешения.

Полученные данные свидетельствуют о возможности эффективного управления обтеканием тел и процессами горения с помощью внешних энергетических воздействий.